转炉炼钢技术知识课件.ppt
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1、冶金生产知识,2,2022/12/18,目录,一、炼钢基础知识二、转炉炼钢三、溅渣护炉工艺和实践四、常见事故及处理 五、转炉炉衬和耐火材料,3,2022/12/18,一、炼钢基础知识,4,2022/12/18,一、炼钢基础知识,第一节钢的基本知识钢定义:一般的钢和铁都是以铁元素为基本成份的铁碳合金。(在铁碳二元系中,把含碳小于2.11%(重量)的合金称为钢;而把含碳大于2.11%的合金称为铸铁,纯铁的密度是7.87g/cm3。) 钢中常见元素:C、Si、Mn、P、S、Al、O、N、H、Ni、Cr、Cu、Nb、V、Ti、Mo。,5,2022/12/18,1、CC是构成钢的主要元素之一、是反映钢的
2、力学性能的主要元素,钢的较多的属性均通过C来表示,如钢的凝固温度、裂纹敏感指数等。随着钢中C含量的上升、钢的塑性逐步上升、钢的韧性逐步下降。C 0.5%称为高碳钢。2、锰锰(Mn)是有益元素,碳钢一般Mn0.80%,锰合金钢一般Mn=1.01.2%.锰大部分溶于铁素体中形成置换固溶体,并强化铁素体;一部分溶于Fe3C中,形成合金渗碳体;锰还能增加并细化珠光体,这都提高钢的强度.另外锰与硫形成化合物MnS,减轻硫的有害作用.当锰含量不多时对钢的影响性能不大。,一、炼钢基础知识,6,2022/12/18,3、硅硅(Si)是有益元素.碳钢中Si0.35%。硅能溶于铁素体,形成置换固溶体,并强化铁素体
3、;一部分形成硅酸盐夹杂。硅能提高钢的强度、硬度、弹性,降低塑性、韧性。硅含量少时对性能影响不大。4、硫硫(S)是有害元素。硫不溶于铁,以FeS形式存在。FeS与Fe形成共晶,分布于奥氏体晶界上。而FeS-Fe共晶熔点低,为989,在1000-1200时使晶界无强度,钢变脆,称“热脆”。一般要求S小于0.040,而MnS熔点高1620,呈粒状分布在晶粒中,所以Mn可以减轻热脆。5、磷P是有害元素,磷全部溶于铁素体,虽可提高铁素体的强度和硬度,但在室温下使钢的塑性、韧性急剧降低,钢变脆,称为冷脆。磷还降低钢的焊接性能。一般要求P0.040%.,一、炼钢基础知识,7,2022/12/18,6.氮氮(
4、N)溶于奥氏体,不溶于铁素体,其溶解度随温度下降而减少.当钢水快速冷却时,氮来不及析出便溶于铁素体中.而加工过热时,氮以Fe4N析出,提高钢的强度硬度,但韧性降低,称为”蓝脆”或时效脆性.所以含氮过高有害.钢中加入铝钛,生成AlN、TiN,清除时效脆性。但是,向钢的表面渗氮可提高钢的表面硬度、耐磨性、疲劳强度和抗腐蚀性,所以有一种氮化工艺。7氢氢对钢的性能危害较大,氢在钢中降低钢的塑性和韧性,称为“氢脆”。当氢在、钢的缺陷处(空隙、夹杂物)析出形成分子氢,造成内部微裂纹称为“白点”。8氧氧主要以氧化物形式存在,称为非金属夹杂物,对钢的性能有害。,一、炼钢基础知识,8,2022/12/18,一、
5、炼钢基础知识,第二节 炼钢的基本任务和流程一、炼钢的定义 所谓炼钢,就是通过冶炼降低生铁中的碳和去除有害杂质,再根据对钢性能的要求加入适量的合金元素,使其成为具有高的强度、韧性或其它特殊性能的钢。二、炼钢的基本任务1脱碳并将其含量调整到一定的范围。2去除杂质,主要包括: 脱磷、脱硫; 脱氧; 去除气体和非金属夹杂物;3调整钢液成份和温度。钢液浇铸成质量合格的钢坯。,9,2022/12/18,三、炼钢常见生产流程1. 高炉混铁炉转炉炉外精炼连铸2高炉混铁炉(铁水预处理)转炉炉外精炼连铸3高炉电炉+废钢炉外精炼模铸或连铸4废钢电炉炉外精炼模铸或连铸第三节 钢的分类1.按化学成分分类分为:非合金钢、
6、低合金钢和合金钢三类 。2.按特性及用途分类 分为:普碳钢、优质碳素钢、工具钢、弹簧钢、电工钢、轴承钢、不锈钢、耐蚀钢。,一、炼钢基础知识,10,2022/12/18,3.按冶炼方法分类 分为:转炉钢、电弧炉钢、平炉钢、感应炉钢、重熔钢。4.按脱氧方法分类 分为:镇静钢、沸腾钢、半镇静钢。镇静钢 :为全脱氧钢,是指在浇注前采用沉淀脱氧和扩散脱氧等方法,将脱氧剂(如铝、硅)加入钢水中进行充分脱氧,使钢中的氧含量低到在凝固过程中不会与钢中的碳发生反应生成一氧化碳气泡的钢。这类钢成分偏析少,质量均匀,但钢的收得率低,成本比较高。优质钢和合金钢一般都是镇静钢。,一、炼钢基础知识,11,2022/12/
7、18,沸腾钢:为不脱氧钢,是指在冶炼后期不加脱氧剂,浇注前没有经过充分脱氧的钢。这种不脱氧的钢,钢水中还剩有相当量的氧,碳和氧起化学反应,放出一氧化碳气体,因此钢水在锭模内呈现沸腾现象,所以叫沸腾钢。钢锭凝固后,这种钢含硅量低、收得率高、加工性能好、成本低,但成分偏析大、杂质多、质量不均匀、机械强度较差。半镇静钢:为半脱氧钢,是指在脱氧程度上介于镇静钢和沸腾钢两者之间的钢。这种钢浇注时有沸腾现象,但较沸腾钢弱。钢锭结构、成本和收得率也介于沸腾钢和镇静钢之间。半镇静钢主要用于中碳钢和普通质量结构钢。,一、炼钢基础知识,12,2022/12/18,第四节 炼钢技术经济指标 转炉技术指标1.转炉炼钢
8、金属料(钢铁料)消耗 转炉炼钢金属料消耗量(干克吨)= 入炉金属料量(千克) 合格钢生产量(吨)2.转炉日历利用系数转炉日历利用系数是指转炉在日历工作时间内每公称吨容积每日生产的合格钢产量。其计算公式为: 转炉日历利用系数(吨公称吨日)=合格钢生产量(吨)/转炉公称吨日历日数3.转炉吹损率 转炉吹损率是指转炉在炼钢过程中喷溅掉和烧熔损掉的金属量占入炉金属料量的百分比。它也反映了炼钢工人技术操作水平。其计算公式为:,一、炼钢基础知识,13,2022/12/18,转炉吹损率=入炉金属料量出炉钢水量/入炉金属料量100%4.铁水预处理比铁水预处理比是指经过预处理的铁水量占人转炉(或其它炼钢容器)铁水
9、量的比例。其计算公式为:铁水预处理比=预处理铁水理/入转炉铁水量100%5.计划钢种命中率:钢种命中率是指钢种合格冶炼炉数与实际冶炼的计划钢种总炉数比例。该指标反映了转炉钢种冶炼的操作水平,其计算公式:计划钢种命中率=钢种合格炉数 100%/实际冶炼的计划钢种总炉数,一、炼钢基础知识,14,2022/12/18,6.转炉出钢C、T双命中率转炉双命中率是指转炉出钢C、T符合计划要求的炉数与生产总炉数的比例,反映转炉终点控制水平的指标。其计算公式:转炉出钢C、T双命中率=出钢C、T符合工艺要求的炉数 100%/冶炼总炉数,一、炼钢基础知识,15,2022/12/18,二、转炉炼钢,16,2022/
10、12/18,第一节转炉炼钢工艺流程、操作一转炉工艺流程首先是铁水,废钢金属料入炉,通过转炉供氧,造渣,温度及终点控制各项制度的完成,然后倒炉、取样、测温,符合出钢要求后组织出钢并对钢水进行脱氧合金化,生产出的合格钢水经吹氩(若需精炼送LF精炼炉精炼处理)处理以后,送入连铸浇铸成坯。二转炉炼钢工艺操作1.吹炼过程中金属和炉渣成份及温度变化 2.装入制度3.供氧制度 4.造渣制度5.温度制度 6.终点控制7.脱氧和合金化制度,二、转炉炼钢,17,2022/12/18,第二节吹炼过程中金属和炉渣成份及温度变化一、吹炼前期: Si、Mn氧化期。兑入铁水和加入废钢后,开始吹炼,同时加入大部分渣料,这一阶
11、段中,应设法提前化好渣和均匀升温,有利于去S、P和减小初期酸性炉渣对炉衬的侵蚀,根据铁水、废钢等原材料的条件及加入量,综合考虑出合适的枪位,以便能够得到快速化好炉渣,形成一定碱度,一定(FeO)和(MgO)的流动性良好的初期渣。在Si.Mn氧化基本结束,加入第二批渣料。二、吹炼中期:指C氧化期。此时因C激烈氧化,致使渣中(FeO)含量较低,容易出现炉渣“返干”,并会引起喷溅。所以要控制C的氧化反应,使其均衡进行。同时,要抓住CO反应这一有利的动力学条件,进行脱S、脱P。,二、转炉炼钢,18,2022/12/18,枪位控制是这一阶段的关键,合理的枪位才能保持熔池有良好的搅拌作用,并能保证炉渣中有
12、一定的(FeO),避免炉渣严重“返干”和喷溅的发生。 三终点控制:在拉碳的同时,确保P、S含量和温度符合钢种的出钢要求;控制好炉渣的氧化性,使钢液中含氧量适宜,以保证钢的质量。拉碳后,测温取样,若成份、温度合格,就可组织出钢、脱氧和合金化操作。出钢和倒渣后,进行溅渣护炉,兑入铁水,装入废钢,进行下一炉的冶炼。综上所述,要炼好一炉钢,首先要造好渣,才能达到碳符合钢种要求范围,去除S、P有害元素,以及调整到合格的出钢温度。同时要组织好出钢,做好脱氧和合金化操作,确保化学成份符合钢种要求。,二、转炉炼钢,19,2022/12/18,第三节 装入制度一装入制度装入制度是指转炉合理的装入量和合适的铁水与
13、废钢之比。装入量过大,造成造渣困难,导致严重喷溅,不但降低金属收得率和炉衬寿命,而且延长冶炼时间;装入量过小,不仅影响产量,同时由于装入量少,使熔池深度变浅,加深氧气流股对炉底的冲击作用,炉底过早被损坏,甚至造成了炉底烧穿所引起的穿炉事故。二装入量的选择依据:1炉容比(V/T):是指炉子的有效容积(V)与装入量(T)之比,单位是m3/t。2合理的熔池深度3与连铸浇铸及设备的匹配三国内外经常采用的装入制度1定量装入制; 2定深装入制; 3分阶段定量装入制;,二、转炉炼钢,20,2022/12/18,第四节 供氧制度一、供氧制度供氧制度是指把氧气流股最合理地喷向熔池,使氧流与熔液间的物理化学反应具
14、有良好的条件。其所研究的内容包括供氧强度,供氧压力,枪位高低和喷嘴结构等方面。目的是为了确保正常供氧和造渣,使铁液中的部分C、Si、Mn等元素均匀氧化,放热升温,化好前期渣和过程渣,达到去除S、P有害元素。同时,在一定炉容比的条件下,既要尽量提高供氧强度和冶炼强度,缩短冶炼时间,提高生产率,又要减少喷溅,使冶炼过程正常进行,提高金属收得率和减少温度损失。二、氧气流量:指单位时间向熔池供氧的数量。氧气流量由金属装入量和供氧时间等因素来确定的。氧气流量(m3/min)=每吨金属需氧量(m3/t)金属装入量(t)供氧时间(min),二、转炉炼钢,21,2022/12/18,三供氧强度:指单位时间内,
15、每吨金属的耗氧量,即每吨金属的氧流量。供氧强度(m3/tmin)=氧气流量(m3/min)金属装入量(t)每吨金属的需氧量,可根据铁水成份,所炼钢种终点控制成份,供氧利用率和操作条件的变化而不同。四、氧枪:是向熔池供氧的主要设备,包括枪身和喷嘴(喷头)两部分。五、氧气流股对熔池的作用1冶炼过程中,碳氧化剧烈的时期,促使熔池强烈搅拌作用的重要因素为C-O反应所产生的大量CO气泡的排除,22,2022/12/18,2碱性氧气顶吹转炉的传氧原理主要分为直接传氧和间接传氧。直接传氧:氧气被金属液直接吸收。O2=2O 2O+2Fe=2FeO 2FeO=2(FeO)间接传氧:金属液被氧气氧化,生成(FeO
16、),一部分(FeO)又被氧化成高价氧化铁。 O2+2FeO= 2(FeO) 2(FeO)+1/2O2=(Fe2O3) (Fe2O3)+Fe=3(FeO),二、转炉炼钢,23,2022/12/18,3枪位对炉渣中FeO含量及熔池温度的影响枪位与FeO的关系。枪位不仅影响着FeO的生成速度,而且还关系着FeO的消耗速度。低枪位操作使直接传氧方式占主导地位,炉内各元素的氧化反应激烈进行。当枪位低到一定程度后,或长时间使用某一低枪位操作,造成FeO消耗速度超过FeO生成速度的情况,使渣中的FeO含量不仅不增加,甚至反而减少。凡是高枪位操作时,氧气流股的冲击能力小,熔池内的化学反应速度缓慢,FeO消耗速
17、度明显减小,就有可能在渣中积聚FeO的数量,从而提高了渣中FeO含量。枪位与熔池温度的关系。对恒压变枪操作的供氧制度来说,枪位对熔池温度的影响,往往由炉内化学反应速度的快慢衡量,即吹炼时间长,热损失就会加大,造成熔池温度下降。,二、转炉炼钢,24,2022/12/18,第五节造渣制度一造渣制度是研究造渣方法,加入渣料的种类、时间和数量,以及如何快速成渣,达到最大限度地去除钢液中的S、P,缓和冶炼过程中的造渣速度与脱C速度之间的矛盾,在极短的时间内造出具有一定碱度及氧化铁含量、适当粘度和数量的炉渣的操作工艺。二炉渣在冶炼过程中的作用转炉炉渣必须保证有足够的碱度和流动性,以利去除金属液中的S、P;
18、对耐材的侵蚀程度最小;为分散的金属液滴脱C创造有利的条件;作为热量损失的保护层和避免氧气流股强力冲击熔池,可以减少热量损失和金属喷溅;还可防止钢液从大气中吸收N2及H2O分等有害气体;利用炉渣强力洗涤钢液,吸附外来及内在的细小非金属夹杂物。三炉渣的主要性质,二、转炉炼钢,25,2022/12/18,1炉渣碱度:渣中全部碱性物与全部酸性物之比。一般常用的表示法如下,并以“R”表示炉渣碱度的符号。当炉料中含P较少又稳定时,可表示:R=CaO%/SiO2%;当炉料中含P较高时,可简单表示: R= CaO%/(SiO2%+P2O5%)2炉渣的氧化性:炉渣的氧化性通常用渣中含氧化铁的多少来衡量。3炉渣的
19、熔化温度:炉渣的熔点通常是指完全转变成均匀熔体状态时的温度,或在冷却时开始析出固体物时的温度。 4炉渣的粘度:炉渣流动性的好坏是以粘度来表示的。炉渣粘度过大,则流动性极差,会降低去S、P的效果;若粘度过小,渣子变得太稀,对炉衬冲刷严重,并会引起大喷。,二、转炉炼钢,26,2022/12/18,5炉渣泡沫化:在实际吹炼过程中,由于氧气流股对熔池的作用,产生了许多金属液滴,金属液滴落入炉渣内,就与(FeO)反应而生成大量的CO气泡,分散在炉渣之中,便形成了气-渣-金属相互混合的泡沫。这种泡沫现象的存在,使气-渣-金属间界面得到很大提高,从而加速了炉内化学反应速度,能获得良好的冶金效果。四炉渣的形成
20、1快速形成能满足炼钢操作要求和对炉衬侵蚀性小的炉渣,是转炉炼钢的一个核心问题,通常要求“初期早化渣,过程渣化透,终渣物化,出钢挂上”的原则。2加速石灰熔化的途径提高石灰质量,采用表面积大,较高活性度的活性石灰; 适当增加助熔剂用量,提高(MnO)、(CaF2)和少量MgO的含量,有利于石灰的熔化;枪位和氧压的控制要合理,达到既能促进石灰熔化,又不发生喷溅,并在CO剧烈反应期炉渣不出现返干现象; 用合成渣吹炼。,二、转炉炼钢,27,2022/12/18,3石灰加入量的计算渣料的加入应根据铁水成分、温度、装入量和所炼钢种对S、P要求而定。加入量(kg)=2.2(Si+P)R铁水总装入量(t)100
21、0CaO有效% (1) 加入量(kg)=2.14(Si)R铁水总装入量(t)1000CaO有效% (2)(1)式适用于P0.30%,(Si+P)铁水中含Si、P的%数量;2.21kgSi和P氧化生成SiO2和P2O5的平均比值,即:SiO2/Si+P2O5/2P=60/28+142/62=2.14+2.29=4.43,4.43/2=2.2;CaO有效%石灰中有效的CaO,即:%CaO有效=%CaO石灰R%SiO2石灰(2)式适用于P 0.30%,(Si)铁水中含Si%数量;2.141kgSi氧化生成SiO2比值,即:SiO2/Si=60/28=2.14;CaO有效%石灰中有效的CaO,即:%C
22、aO有效=%CaO石灰R%SiO2石灰4白云石造渣 使用含镁质的白云石造渣,能改善造渣和提高炉渣流动性,从而提高终渣碱度,改善了炉渣的脱S能力和提高了金属收得率及炉龄。,二、转炉炼钢,28,2022/12/18,第六节温度制度温度制度温度制度是研究炼钢过程中的热化学和温度控制的问题,而温度控制主要是指过程温度及终点温度的控制。若出钢温度过低,将会造成钢包结冷钢、连铸结流和回炉等事故;出钢温度过高,往往使钢中气体含量和夹杂物含量增加,影响钢材质量。1出钢温度的确定出钢温度的控制应随所冶炼的钢种、现场的布置及浇铸条件的不同而变化。t出钢温度=t凝固点+t出钢及过程温降+t浇铸所需过热温度2冷却剂的
23、种类为了合理利用转炉炼钢的富余热量和控制好恰当的出钢温度,靠加入适量的冷却剂来调整,常用的冷却剂有废钢、铁矿石等。,二、转炉炼钢,29,2022/12/18,3转炉热量的来源与消耗 转炉炼钢依靠铁水的物理热和化学热来加热熔池,达到钢种的出钢温度要求。 而铁水的物理热就是指铁水的温度,一般铁水入炉温度在12501300左右,终点钢水温度达到1680左右,造渣材料的成渣和炉衬的加热,也需热量;产生的炉气及炉体的散热也得带走一部分热量。因此,当铁水温度一定时,热量的来源主要依靠铁水中各元素氧化所放出的大量化学热。对于氧气顶吹转炉,这些化学热除了满足出钢温度要求外,是有富裕的,就需要加入一定数量的冷却
24、剂,以控制终点温度在要求的规定范围之内。铁水中硅、磷、碳的发热能力大,是转炉炼钢的主要发热元素;锰和铁的发热能力有限,一般不能依靠后吹以铁的氧化来提温。,二、转炉炼钢,30,2022/12/18,4钢水温度控制影响钢水温度的主要因素 铁水的温度; 铁水的化学成份; 铁水和废钢装入量; 停炉时间与炉龄; 操作因素:石灰、枪位的控制、喷溅、倒炉次数多等。吹炼过程的温度控制 对于去P来说,一般希望在吹炼前、中期温度控制适当低些;但到了需要去S的阶段,温度就要控制高一些。所以,控制好过程温度,对整个冶炼周期来说,是极为重要的。,二、转炉炼钢,31,2022/12/18,第七节终点控制一终点控制终点具有
25、的特点是:1钢中含C量达到所炼钢种的控制范围; 2钢中含S、P量均低于规格下限所要求的值; 3终点温度能达到确保顺利浇铸的温度。二冶炼终点主要根据钢水的含C、S、P量及温度来确定。1碳的判断通过火焰来判断终点碳 以观察钢样火花和钢样表面来判断终点碳高拉补吹法2温度的判断火焰判断 取样判断 热电偶测温,二、转炉炼钢,32,2022/12/18,第八节脱氧和合金化一 脱氧 氧气顶吹转炉在出钢时若不脱氧,则钢液在浇铸过程中,随着温度的下降,引起与碳的再氧化,生成的CO气泡使铸坯产生皮下气泡。另外,钢中的氧能使钢变脆,塑性下降,所以在冶炼终点时要进行脱氧。把钢液中的氧去除过程,称之为“脱氧”。二影响终
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